zum Download als pdf-Datei - Lehrstuhl für Stahlbau der RWTH

Dercks, Christian:
„Momenten-Rotationstragfähigkeit von Spundwänden aus Z-Bohlen und U-Bohlen mit
verminderter Schubkraftübertragung“
Kurzfassung
Im Eurocode 3 "Bemessung, Entwurf und Konstruktion im Stahlbau" Teil 1 ,,Allgemeine
Regeln" wie auch im Eurocode 3 Teil 5 "Pfähle und Spundwände" ist für den Nachweis
des Grenzzustandes der Tragfähigkeit die plastische Bemessung unter
Berücksichtigung der plastischen Umlagerung der Schnittgrößen zugelassen.
Die Eurocodes sind auf dem Teilsicherheitskonzept aufgebaut, das
Teilsicherheitsfaktoren getrennt für die Einwirkungsseite und die Widerstandsseite
vorsieht. Die Werte der Teilsicherheitsbeiwerte auf der Widerstandsseite γ M werden in
den Nationalen Anhängen geregelt. Aufgrund der hohen Genauigkeit der Bestimmung
der Widerstände und der hohen Güte und Qualität der Stahlprodukte verwenden viele
Länder den Teilsicherheitsbeiwert γ M0 = 1,0 für die plastische Bemessung im Stahlbau.
Dieser fordert auch für die Spundwandbauweise eine genaue Beschreibung der
Widerstandsseite wie im übrigen Stahlbau. Zur Zeit ist dies aber aus zwei Gründen
noch nicht vollständig möglich:
I. Derzeit wird die Rotationskapazität und damit die Eignung zur plastischen
Bemessung von Spundwänden nur über die Querschnittsklassifizierung bzw. die
Flanschschlankheit erfasst. Die Klassifizierung orientiert sich aber nur an der
maximalen Momententragfähigkeit und nicht am Momentenwiderstand in
Abhängigkeit von der Rotation.
II. Der Eurocode 3 Teil 5 enthält für Spundwände aus U-Bohlen Bemessungsregeln, die
eine schubsteife Verbindung in den Schlössern voraussetzen. Zu Lieferformen mit
Einfach-, Doppel- und Dreifachbohlen mit verschweißten oder verpressten
Schlossausführungen wird darauf hingewiesen, dass die Tragfähigkeit vermindert
sein kann, und es werden die maßgebenden Einflussfaktoren der Verminderung
genannt. Da jedoch bisher keine nationale Norm oder Studie die Größe der
Abminderung zuverlässig bestimmt, fehlt auch im Eurocode eine weitere Anleitung.
Statt dessen verweist der Eurocode auf eine Reglung im Nationalen Anhang, da die
Abminderungen auch von den lokalen Bodenverhältnissen abhängig sind. Folglich
fehlen auch sämtliche Ansätze, um die Momenten-Rotationscharakteristik für die
einzelnen Lieferformen der U-Bohle zu bestimmen, um eine plastische Bemessung
zu ermöglichen.
Gegenstand dieser Arbeit ist, diese fehlenden Ansätze zu liefern. Dazu werden folgende
Ergebnisse und Zusammenhänge erarbeitet:
• Entwicklung des Γ-α-Verfahrer) zur Bestimmung von effektiven Querschnittswerten
(Flächenträgheitsmoment, elastisches und plastisches Widerstandsmoment) für
verpresste U-Bohlen auf der Grundlage nachgiebiger Schlossverbindungen Das

Verfahren berücksichtigt die maßgebenden Einflussfaktoren, wie sie im Eurocode 3
Teil 5 genannt werden.
• Herleitung profilabhängiger Momenten-Rotationskurven, die alle maßgebenden
Querschnittseigenschaften, welche eine Auswirkung auf das Momenten-
Rotationsverhalten haben, berücksichtigen. Es werden die Momenten-
Rotationskurven für Spundwände verschiedener Lieferformen aus warmgewalzten Z-
Bohlen und U-Bohlen hergeleitet. Dabei wird nach den maßgebenden
Beulmechanismen im Flansch und im Steg unterschieden. Es wird gezeigt, dass der
Momentenwiderstand bei zunehmender plastischer Rotation maßgebend von der
Steggeometrie abhängig ist.
• Bestätigung vorausgegangener Untersuchungen für U-Bohlen mit Hilfe des Γ-α-
Verfahrens, die zeigen, dass eine erhöhte Schubkraftübertragung durch
Reibungseffekte infolge eingedrungener Erdpartikel in den Schlössern so gering ist,
dass ihre Berücksichtigung keinen nennenswerten Vorteil ergibt.
• Vergleich der Erkenntnisse und Ergebnisse der Arbeit mit den Vorgehensweisen der
europäischen Regelungen zur Bestimmung der Querschnittswerte von
Spundwänden aus U-Bohlen. Dabei zeigt sich, dass die Tragfähigkeit und die
Biegesteifigkeit von U-Bohlen, bei denen nicht jedes Schloss verschweißt ist,
generell überschätzt werden.
• Die Arbeit behandelt hauptsächlich Fragestellungen der Widerstandseite, betrachtet
jedoch auch die Ergebnisse und Schlussfolgerung zusammen mit aktuellen
Forschungsergebnissen aus dem Grundbau zur Ermittlung des Erddrucks. Dadurch
wird erkennbar, dass die bisherige Überschätzung der Tragfähigkeit von
Spundwandbauwerken aus U-Bohlen nur wegen der gleichzeitigen Überschätzung
der Lasteinwirkungen gerechtfertigt war. Da dies jedoch nicht in Übereinstimmung
mit der Grundanforderungen des Eurocodes nach realistischen
Einwirkungsbeschreibungen steht und auch ein Sicherheitsrisiko beim Nachweis des
Erdauflagers entsteht, wird eine genauere Bestimmung des Erddrucks gefordert und
eine Lösungsmöglichkeit angegeben.
Die Ergebnisse der Arbeit liefern einen wirtschaftlichen Vorteil bei der plastischen
Bemessung von Spundwänden, da damit eine Traglastberechnung für jedes
Spundwandprofil unabhängig von der Querschnittsklasse vorgenommen werden kann.
Des weiteren lassen die Ansätze der Arbeit eine genauere Bemessung von
Spundwänden aus verpressten U-Bohlen zu, da nun effektive Querschnittswerte auf der
Grundlage der maßgebenden Einflussfaktoren bestimmbar sind.